Глава 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ И МИНИМИЗАЦИЯ ДЕЙСТВИЯ СИЛ ФРИКЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ВЫТЯЖКИ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА
2.1. Физическая модель механизма действия смазки в технологических процессах
листовой штамповки
Одной из характерных особенностей механизма фрикционного взаимодействия в
процессах обработки металлов давлением следует считать его смешанный характер
[35,37,41], т.е. действие в одном процессе одновременно нескольких (сухого,
граничного и др.) режимов контакта, под которыми обычно подразумевают условную
градацию механизмов трения поверхностей твердых тел, связанных с изменением
параметров взаимодействия, наличием или отсутствием смазочного материала,
характером физико-механического и физико-химического взаимодействия
контактирующих поверхностей [47]. Переход от одного режима контакта к другому
характеризуется изменением значений коэффициента трения.
Учитывая механические и тепловые режимы контактирующих поверхностей в
технологических процессах листовой штамповки, а также наиболее часто
встречающиеся условия трения при обработке металлов давлением [48] и
предложенную А.С.Ахматовым классификацию, рассмотрим следующие физические
модели механизма фрикционного взаимодействия:
1. Взаимодействие идеально чистых поверхностей, которое характеризуется
отсутствием третьей фазы, выполняющей смазочную функцию, и возможно как
а) идеально сухой внешний контакт:
Этот режим возможен в условиях абсолютного вакуума и высокой чистоты
поверхностей от адсорбционных слоев пара и газа. В технологических процессах
листовой штамповки идеально сухой контакт в настоящее время не осуществим, но
перспектива обработки металлов давлением в условиях глубокого вакуума вполне
реальна. Коэффициент трения при таком режиме составляет 0,8 – 5 [57];
б) сухое взаимодействие в вакууме:
Вакуумирование полости матрицы и штамповка в вакуумкамерах широко используется
в гидровзрывной штамповке. Условия, происходящие в очаге взамодействия в
вакууме, характеризуются малой скоростью восстановления окисных и адсорбционных
пленок на поверхности, а также худшим теплоотводом от поверхности заготовки.
Трение скольжения в вакууме при отсутствии смазки поверхностей характеризуется
высокими значениями коэффициента трения и сопровождается схватыванием
поверхностей. При контакте одноименных пар металлов в вакууме коэффициент
трения зависит от твердости. Для чистых металлов коэффициент трения в вакууме
уменьшается с увеличением твердости. Величины коэффициентов трения при
однократном скольжении на воздухе и в вакууме 10-5 мм. рт. ст. для пар трения
из различных чистых металлов приведены в таблице 2.1 [44]. Изменение степени
вакуума в матрице позволяет варьировать коэффициентом трения в сторону его
увеличения.
Таблица 2.1
Фрикционное взаимодействие чистых металлов
Пары контакта
Коэффициенты трения
На воздухе
В вакууме
Сu - Ni
0,45
1.5
Тa – Ni
0,23
0,9
W - Ni
0,21
1,36
Cu - Fe
0,51
0,75
Тa - Cu
0,44
0,43
W - Cu
0.94
0,41
2. Фрикционное взаимодействие окисленных физически и химически чистых
поверхностей. Атмосферное сухое трение.
В обычных условиях сухое взаимодействие возникает лишь в отдельных точках
контактирующих поверхностей. Обычно сухим трением принято называть контакт
несмазанных поверхностей. Очаг контакта cодержит парогазовые пузыри во впадинах
микро- и макро- неровностей поверхности, находящиеся под различным давлением.
На условия контакта влияют сложные термодинамические явления, связанные со
сжатием и перетеканием микрообъемов воздуха (f =0,4-0,8) [52]. Данная модель
применима там, где условиями протекания технологического процесса диктуется
необходимость увеличения коэффициента трения без применения антисмазок.
Например, при отбортовке, раздаче, штамповке с применением присоединенных масс,
при вытяжке без перемещения фланца заготовки.
3. Рубежный режим граничного трения возможен, когда над окислами появляется
мономолекулярный слой адсорбированных молекул смазки ( f=0,2-0,6) [52].
4. Граничное фрикционное взаимодействие возможно тогда, когда пленка смазочного
материала представляет собой мультимолекулярный слой полярных молекул (f = 0,15
- 0,45) [42].
5. Рубежный режим гидродинамического трения - это такие условия, когда над
мулътимолекулярным слоем полярных молекул появляется слой неполярных,
параллельных поверхности трения (f=0,1-0,4•10-2) [52].
Рубежный режим граничного трения, граничное взаимодействие и рубежный режим
гидродинамического контакта при листовой штамповке необходимо обеспечивать
тогда, когда по условиям технологического процесса нужно снижать силы
фрикционного контакта, а наиболее эффективный режим гидродинамического трения
обеспечить невозможно. Так например, при реверсивной штамповке в очаге
взаимодействия деформируемой заготовки и пуансона нет условий для замыкания
смазки и обеспечения гидродинамического режима, и варьирование вязкостью не
приводит к снижению сил на фрикционном контакте.
6. Гидродинамическое трение, когда смазочный слой состоит не только из
мультимолекулярного слоя, имеющего твердокристаллическую структуру, но и из
жидкокристаллической объемной фазы. Поведение таких слоев подчиняется законам
гидродинамики структурно-вязкой жидкости.
Физическая модель жидкостного фрикционного контакта, как предложено
Е.И.Исаченковым [47], должна содержать следующие разновидности:
- жидкостное атмосферное трение, где в жидкой среде присутствует газ;
- жидкостное газовое трение в сухой газообразной среде;
- жидкостное вакуумное трение при отсутствии окружающей газовой среды.
- Київ+380960830922